Cortex процессор производитель страна
Давайте будем честными: 2020 год — отстой. Так много в этом году было много плохих новостей и печальных событий, что очень трудно за этим всем угнаться. Тем не менее, большинство из нас постоянно следит за происходящим благодаря небольшим карманным компьютерам, которые мы всегда носим с собой. В Америке мы до сих пор называем их по-старому «телефонами».
Телефоны и большая часть нашего цифрового окружения работают на семействе процессоров ARM. И новые компьютеры Apple с новым процессором M1 (на базе ARM) получают фантастические отзывы. Поэтому самое время вспомнить о странных корнях этих микросхем, распространившихся по всему миру.
Если бы вы писали сценарий для фильма и по какой-то непонятной причине вам нужно было выбрать, какой процессор чаще всего используется в большинстве телефонов, игровых консолей, банкоматов и других устройств, вы, вероятно, выбрали бы одного из крупных производителей наподобие Intel. Такое положение вещей имело бы смысл и соответствовало бы реальности, какой понимают её люди, ведь доминирование на рынке пары представителей отрасли не вызывает ни у кого удивления.
Но что если бы вместо этого вы решили выбрать процессоры малоизвестной компании из страны, которая не приходит на ум в качестве мирового лидера в области высокотехнологичных инноваций (по крайней мере не в 1800-х годах)? А что, если бы этот процессор был обязан своим рождением, по крайней мере косвенно, образовательному телешоу? Скорее всего, продюсеры посоветуют вам немного отмотать сценарий — «Давай же, отнесись к этому серьезно». И все же на самом деле все было именно так.
Будущее за ARM
Наверняка архитектура X86 с нами еще надолго. Все профессиональные высокопроизводительные вычисления пока делаются на этой платформе. Под X86 написаны основные десктопные операционные системы и прикладные программы. Однако уже сегодня ARM активно вытесняет устаревший X86 даже в сфере больших вычислений. Платформы вроде Nvidia Jetson сравнимы по производительности, а в некоторых задачах и превосходят системы на базе X86. Так что нас обязательно ждет яркое противостояние двух платформ, от которой в конечном счете потребители только выиграют.
Расскажите, как вы используете ARM-процессоры сегодня или как планируете использовать в будущем.
Расцвет Acorn
Acorn, компания родом из Кембриджа, начала свою деятельность в 1979 году с разработки компьютерных систем, изначально предназначенных для игровых автоматов, которые затем превратила в небольшие любительские компьютерные системы на базе процессоров 6502. Эти процессоры также использовались в компьютерах Apple II, Atari 2600 и Commodore 64. Архитектура этого процессора окажет важное влияние на будущее, поэтому не забудьте про него.
Acorn разработала домашний компьютер под названием Atom, и при появлении проекта от BBC, начала работу над преемником Atom в виде BBC Micro.
Список требований BBC гарантировал, что получившаяся машина будет достаточно мощной для той эпохи, хотя и не такой мощной, как оригинальная разработка Acorn — преемник Atom. Преемник Atom должен был иметь два процессора: проверенный временем 6502 и еще не выбранный 16-разрядный процессор.
Позже Acorn отказался от этого процессора, но сохранил интерфейсную систему, называемую Tube, которая позволяла подключать дополнительные процессоры к машине. (Это тоже важно)
Разработка BBC Micro действительно раздвинула пределы возможностей Acorn, поскольку это была довольно современная машина для того времени. В результате были приняты некоторые сырые, но работоспособные инженерные решения, как, например, необходимость повторить касание пальцем платы с помощью блока резисторов, чтобы заставить машину работать.
Никто так и не понял, почему машина работает только тогда, когда инженер прикасался пальцем к определенной точке на материнской плате, но как только с помощью резисторов сделали имитацию прикосновения пальца, то все заработало и они двинулись дальше.
Послушайте, что рассказывает один из ключевых инженеров:
BBC Micro оказался большим успехом для Acorn, став основным компьютером для образовательных целей в Великобритании в 1980-х годах. Каждый читатель этой статьи наверняка знает, что 80-е годы были очень важным временем в истории компьютеров. В 1981 был выпущен персональный компьютер от IBM, который задал стандарт для ПК на десятилетия вперед. ПК Apple Lisa в 1983 году предвосхитила Mac и революционный графический пользовательский интерфейс «окна-значки-мышь», который будет доминировать в будущем.
Все это происходило на глазах Acorn и они понимали, что для конкуренции необходимо что-то более мощное, чем стареющий, но надежный 6502. В Acorn экспериментировали с множеством 16-битных процессоров: 65816, 16-битным вариантом 6502, Motorola 68000, используемом в Apple Macintosh, и сравнительно редким National Semiconductor 32016.
Однако ни один из них не подходил, и тогда Acorn обратилась к Intel с вопросом об использовании процессоров Intel 80286 в своей новой архитектуре. Но Intel их проигнорировала.
Устаревшие поколения чипов
Морально устаревшими, но все еще широко распространенными процессорными архитектурами являются ARM9 и ARM11, которые принадлежат к семействам ARMv5 и ARMv6 соответственно.
ARM9. Чипы ARM9 могут достигать тактовой частоты 400 МГц и, скорее всего, именно они установлены внутри вашего беспроводного маршрутизатора и старенького, но все еще надежно работающего мобильного телефона вроде Sony Ericsson K750i и Nokia 6300. Критически важным для чипов ARM9 является набор инструкций Jazelle, который позволяет комфортно работать с Java-приложениями (Opera Mini, Jimm, Foliant и др.).
ARM11. Процессоры ARM11 могут похвастаться расширенным по сравнению с ARM9 набором инструкций и куда более высокой тактовой частотой (вплоть до 1 ГГц), хотя для современных задач их мощности тоже не достаточно. Тем не менее, благодаря невысокому энергопотреблению и, что не менее важно, себестоимости, чипы ARM11 до сих пор применяются в смартфонах начального уровня: Samsung Galaxy Pocket и Nokia 500.
Чип Broadcom Thunderbird – один из немногочисленных представителей поколения ARM11, который до сих пор применяется в Android-смартфонах
Дальнейшие перспективы
Мобильные гаджеты на базе чипов Cortex-A15 еще толком не появились в продаже, а основные тенденции дальнейшего развития архитектуры ARM уже известны. Компания ARM Limited уже официально представила следующее семейство процессоров ARMv8, представители которого в обязательном порядке будут 64-разрядными. Открывают новую эпоху RISC-процессоров ядра Cortex-A53 и Cortex-A57: первое энергоэффективное, а второе высокопроизводительное, но оба способны работать с большими объемами оперативной памяти.
Производители потребительской электроники семейством процессоров ARMv8 пока особо-то не заинтересовались, но на горизонте вырисовались новые лицензиаты, планирующие вывести чипы ARM на серверный рынок: AMD и Calxeda. Идея новаторская, но вполне имеет право на жизнь: те же графические ускорители NVIDIA Tesla, состоящие из большого числа простых ядер, на практике доказали свою эффективность как серверных решений.
ARM (Advanced RISC Machines; LSE: ARM , NYSE: ARMH ) — британская корпорация, один из крупнейших разработчиков и лицензиаров архитектуры 32-разрядных RISC-процессоров (ARM), ориентированных на использование в портативных и мобильных устройствах (телефонах, органайзерах и т. п.).
Компания Advanced RISC Machines, ARM, была основана как совместное предприятие между Acorn Computers, Apple Computer (сегодня — Apple Inc.) и VLSI Technology.
ARM не является производителем микропроцессоров как таковым, однако лицензирует собственную технологию третьим фирмам, таким как Atmel, Cirrus Logic (англ.), Intel, Marvell (англ.), NXP, Samsung, Qualcomm, Sony Ericsson, Texas Instruments, Broadcom, HiSilicon Technologies, которые, собственно, и воплощают её в чипах.
Технология ARM оказалась весьма успешной и в настоящее время является доминирующей микропроцессорной архитектурой для портативных цифровых устройств. ARM утверждает, что общий объём микропроцессоров, произведённых по их лицензии, превышает 2,5 миллиарда штук. Только за 2011 год количество лицензированных ядер оценивалось в 7,9 млрд. [1]
В настоящее время известны несколько семейств микропроцессоров ARM — ARM7 (с тактовой частотой до 60-72 МГц, предназначенные, например, для недорогих мобильных телефонов), ARM9 (с частотами порядка 200 МГц для продвинутых телефонов и карманных компьютеров) и ARM9E. Достаточно производительными являются процессоры семейства ARM11 с тактовой частотой до 1 ГГц и расширенными возможностями для цифровой обработки сигналов.
Популярное семейство микропроцессоров xScale (англ.) фирмы Marvell (до 27 июня 2007 года — Intel [6] ), в действительности является расширением архитектуры ARM9, дополненной набором инструкций Wireless MMX, специально разработанных фирмой Intel для поддержки мультимедийных приложений.
Интересной дополнительной возможностью архитектуры ARM9 является технология Jazelle, предназначенная для аппаратного ускорения выполнения байт-кодов языка Java.
ECU-1152 — Шлюз для промышленных интерфейсов на базе ARM Cortex A8
ECU-1152 — шлюз для промышленных интерфейсов а также устройство для связи с объектом и устройства сбора и передачи данных с объекта. Построено на базе процессора ARM процессора с ядром Cortex A8
Freescale и Action Semiconductor: в забытье
В 2004 году полупроводниковое подразделение Motorola отделилось в отдельную компанию под названием Freescale. С того времени ключевым бизнесом Freescale являются чипы для автомобильной промышленности. Новейшими ARM-процессорами компании являются модели i.MX6 Dual и i.MX6 Quad (два и четыре ядра Cortex-A9 соответственно, графика Vivante GC2000). Правда, широкой популярностью они не пользуются даже у китайских производителей планшетных ПК. На ум приходит разве что планшетник Ampe A10.
Немногим лучше идут дела у китайской компании Action Semiconductor. Весь ее модельный ряд сводится к двум чипам: ATM7029 (четыре ядра Cortex-A9, графика Vivante GC1000) и ATM7019 (архитектура MIPS). Да, процессорную архитектуру MIPS операционная система Android, начиная с версии 4.0, тоже поддерживает.
Наборы инструкций RISC vs CISC
Для начала следует разобраться в чем принципиальное отличие процессоров ARM и X86. Для того, чтобы программисты смогли писать программы, работающие на разных процессорах, производители договорились унифицировать набор машинных инструкций до определенного формата и соблюдать его в разных моделях своих процессоров. Машинные инструкции это низкоуровневые команды, которые отвечают за базовые операции вроде записи/чтения/модификации данных в памяти, арифметику и т.д.
Существует несколько основных концепций, используемых при проектировании процессоров. Наиболее популярные и широко известные всем это RISC и CISC.
CISC (англ. Complex Instruction Set Computing) — этот подход используется для разработки универсальных и мощных процессоров, которые обычно используются в десктопных компьютерах и на серверах. Такие процессоры как Intel CoreiN/Xeon/Pentium, AMD Ryzen/Atlhon/Sempron и прочие хорошие знакомые процессоры имеют набор инструкций типа CISC, оформленную в виде стандарта x86.
Основные особенности концепции CISC:
- Большой набор машинных команд разного формата для разного типа задач
- Сложный формат кодировки инструкций
- Много разных форматов адресации
- Выполнение вспомогательных программ в микрокоде процессора
- Более высокое энергопотребление
- Высокая цена
RISC (англ. reduced instruction set computer) — противоположная концепция проектирования процессоров. В RISC команды максимально упрощены и имеют более строгий формат и фиксированную длину. За счет упрощенных инструкций достигается высокая производительность при малом энергопотреблении. Процессоры RISC требуют от программиста большой контроль над выполнением кода, так как не имеют встроенных микропрограмм, работающих внутри процессора. Архитектура ARM (от англ. Advanced RISC Machine — усовершенствованная RISC-машина) это продолжение идеи архитектуры RISC развиваемое компанией ARM Limited. Сегодня множество компаний производят свои собственные ARM процессоры по лицензии от ARM Limited — например, популярные в смартфонах Qualcomm Snapdragon, Mediatek, Allwiner, Apple An/Hn а также популярные во встраиваемых системах Freescale i.MX, Broadcom, Nvidia Tegra и другие.
Основные особенности концепции RISC:
- Упрощенные инструкции фиксированной длины
- Меньшее энергопотребление
- Больший контроль над работой со стороны исполняемых программ
- Более сложные программы
Вначале было телевидение
Процессор ARM, кусок кремния, который используется в более чем 130 миллиардах устройств по всему миру, и без которого современный мир фактически остановится, имеет действительно странную историю происхождения. На его пути были неудачи, которые в конечном итоге открыли ключевые возможности и неожиданные технические преимущества, оказавшиеся решающими.
Все началось с телешоу 1982 года на BBC под названием The Computer Programme («Компьютерная программа»). Это была попытка BBC рассказать британцам о новых необыкновенных машинах, похожих на пишущие машинки, подключенные к телевизору.
Шоу было частью более крупного проекта компьютерной грамотности, запущенного британским правительством и BBC в ответ на опасения о том, что Великобритания была не готова к революции в области персональных компьютеров, которая происходила в Америке. В отличие от большинства телешоу, в этом сериале BBC хотела использовать компьютер для объяснения фундаментальных вычислительных концепций и базового обучения программированию на языке BASIC. Концепции включали графику и звук, возможность подключения к службам телетекста, синтез речи и даже простейший ИИ. Поэтому компьютер, необходимый для шоу, должен был быть довольно производительным. Требования продюсеров изначально были настолько высоки, что на рынке не было ничего, что бы удовлетворяло потребности BBC.
Итак, BBC обратилась с призывом к молодой компьютерной индустрии Великобритании, в которой тогда доминировала компания Sinclair, которая сделала свое состояние на калькуляторах и крошечных телевизорах. Но в конечном итоге прибыльный контракт получила более маленькая и молодая компания — Acorn Computers.
Первый вылетевший из гонки
Мобильные процессоры ARM – один из самых быстроразвивающихся рынков. Количество игроков на нем по сравнению с х86-процессорами просто зашкаливает. Компании поочередно перехватывают пальмовую ветвь первенства, пытаясь выделиться если не быстродействием, то хотя бы выгодной ценой.
Далеко не всем компаниям удается долго выдерживать столь высокий темп гонки инноваций. К примеру, Texas Instruments, еще недавно контролировавшая нижний ценовой сегмент планшетных ПК, отказалась от выпуска процессоров OMAP5 и плавно переходит на производство чипов для автомобильной промышленности.
Но свято место пусто не бывает, поэтому уже выстроилась длинная очередь желающих занять место Texas Instruments на рынке. Прочитать о поколениях ARM (от ARM9 до Cortex-A15) можно в статье «Процессоры ARM: особенности архитектуры, отличия и перспективы». Об эволюции чипов Apple A-серии, Samsung Exynos, NVIDIA Tegra и Qualcomm Snapdragon подробно рассказано в статье «Процессоры ARM: производители и модели».
В этот раз мы поговорим о новейших чипах Apple, Quallcomm и MediaTek, расскажем о производителях второго эшелона (Broadcom, Allwinner, Fuzhou Rockchip, AMLogic, Marvell, Action Semiconductor и Freescale), а также порассуждаем о трех перспективных ядрах ARM: среднеуровневом Сortex-A53, флагманском Сortex-A57 и энергоэффективном Cortex-M3.
Вначале было телевидение
Процессор ARM, кусок кремния, который используется в более чем 130 миллиардах устройств по всему миру, и без которого современный мир фактически остановится, имеет действительно странную историю происхождения. На его пути были неудачи, которые в конечном итоге открыли ключевые возможности и неожиданные технические преимущества, оказавшиеся решающими.
Все началось с телешоу 1982 года на BBC под названием The Computer Programme («Компьютерная программа»). Это была попытка BBC рассказать британцам о новых необыкновенных машинах, похожих на пишущие машинки, подключенные к телевизору.
Шоу было частью более крупного проекта компьютерной грамотности, запущенного британским правительством и BBC в ответ на опасения о том, что Великобритания была не готова к революции в области персональных компьютеров, которая происходила в Америке. В отличие от большинства телешоу, в этом сериале BBC хотела использовать компьютер для объяснения фундаментальных вычислительных концепций и базового обучения программированию на языке BASIC. Концепции включали графику и звук, возможность подключения к службам телетекста, синтез речи и даже простейший ИИ. Поэтому компьютер, необходимый для шоу, должен был быть довольно производительным. Требования продюсеров изначально были настолько высоки, что на рынке не было ничего, что бы удовлетворяло потребности BBC.
Итак, BBC обратилась с призывом к молодой компьютерной индустрии Великобритании, в которой тогда доминировала компания Sinclair, которая сделала свое состояние на калькуляторах и крошечных телевизорах. Но в конечном итоге прибыльный контракт получила более маленькая и молодая компания — Acorn Computers.
Особенности архитектуры ARM
Начать стоит, пожалуй, с того, что в процессорной архитектуре x86, которую сейчас используют компании Intel и AMD, применяется набор команд CISC (Complex Instruction Set Computer), хоть и не в чистом виде. Так, большое количество сложных по своей структуре команд, что долгое время было отличительной чертой CISC, сначала декодируются в простые, и только затем обрабатываются. Понятное дело, на всю эту цепочку действий уходит немало энергии.
Чип ARM1 – первенец компании Acorn Computers, который производился на фабриках VLSI
В качестве энергоэффективной альтернативы выступают чипы архитектуры ARM с набором команд RISC (Reduced Instruction Set Computer). Его преимущество в изначально небольшом наборе простых команд, которые обрабатываются с минимальными затратами. Как результат, сейчас на рынке потребительской электроники мирно (на самом деле, не очень мирно) уживаются две процессорные архитектуры – х86 и ARM, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Первым в истории устройством на базе процессора архитектуры ARM был персональный компьютер BBC Micro
Архитектура х86 позиционируется как более универсальная с точки зрения посильных ей задач, включая даже столь ресурсоемкие, как редактирование фотографий, музыки и видео, а также шифрование и сжатие данных. В свою очередь архитектура ARM «выезжает» за счет крайне низкого энергопотребления и в целом-то достаточной производительности для важнейших на сегодня целей: прорисовки веб-страниц и воспроизведения медиaконтента.
Архитектурные отличия процессоров x86 (набор команд CISC) и ARM (набор команд RISC)
Меньше значит больше
Уменьшение количества транзисторов в ARM свидетельствовало об относительной простоте самого ARM, и в результате чип потреблял гораздо меньше энергии и выделял меньше тепла по сравнению с конкурентами.
Низкое энергопотребление и тепловыделение ARM не входило в состав первоначального задания на проектирование, поскольку Acorn проектировал процессор для настольного компьютера, но это стало, вероятно, самым удачным и полезным незапланированным побочным эффектом в истории вычислительной техники.
Низкое энергопотребление и низкое тепловыделение сделали ARM естественным выбором для мобильных устройств. Поэтому в конце 1980-х Apple при выборе процессора, который справился бы с распознаванием рукописного текста и графическим интерфейсом с питанием от батареек типа АА, выбрала ARM. Карманное устройство, о котором идет речь — печально известный Newton.
Apple и VLSI заключили партнерство с Acorn для выделения подразделения ARM в отдельную компанию под названием Advanced RISC Machines, что позволило сохранить название ARM. В рамках этого альянса, при значительном участии Apple, ARM разработает ядро ARM6. При этом процессор ARM610 станет первым промышленным чипом, основанным на этом ядре, а в 1993 году версия с частотой 20 МГц будет использоваться для Apple Newton.
Хотя, конечно, Newton был впечатляющим провалом, в ретроспективе он стал чем-то гораздо большим: портативным устройством с сенсорным экраном на батарейках и процессором ARM. Сегодня то же самое описание можно использовать, чтобы описать миллиарды смартфонов, которые постоянно используются по всему миру. В полевых условиях ARM впервые был испытан с устройством, которое большинство людей помнит по эпизоду «Симпсонов», в котором рукописная фраза «Ударь Мартина» ("Beat up Martin") была распознана как «Съешь Марту» ("Eat up Martha")
ARM610 будет использоваться в новом поколении компьютеров Acorn Archimedes и странного ноутбука на базе Newton под названием eMate. В 2001 году 7-ядерный процессор ARM будет работать в iPod от Apple и игровой консоли Game Boy Advance от Nintendo. В 2004 году пара ARM будет управлять двумя экранами Nintendo DS.
Затем, в 2007 году, Apple выпустит первый iPhone с процессором серии ARM11. С этого момента все помешаются на ARM.
Процессоры ARM стали выбором по умолчанию для смартфонов, будь то Apple или какие-либо другие. Процессоры ARM присутствуют в каждой «умной» машине, помимо настольных компьютеров, ноутбуков или серверов на базе Intel. Теперь, похоже, что с Chromebook и новыми настольными компьютерами и ноутбуками Apple, ARM, наконец, вернется туда, откуда все начиналось — к настольному компьютеру.
Так много лет спустя история происхождения ARM остается достойной рассказа, потому что она настолько невероятна. Несмотря на абсолютное доминирование ARM в мире его скромное появление на свет делает его менее бесчувственным гигантом индустрии, чем, скажем, почти «биополия» (от «монополия») Intel / AMD.
Резюмируя: поскольку британцы чувствовали свое отставание от компьютерной революции, они решили снимать телешоу о компьютерах. Для этого им был нужен компьютер, и одна, не самая прорывная компания, создала его. А когда этой маленькой компании потребовалось создать более производительный процессор, потому что Intel не потрудилась ответить на их звонки, они сделали свой собственный. Просто так случилось, что этот процессор не потребляет много энергии и не выделяет много тепла, что и привлекло внимание Apple, которая стала его использовать. После чего эта компания, конечно же, захватила мир.
Если бы я это выдумал, то вы бы сказали, что я придумал слишком причудливую историю или что насмотрелся фильмов Уэса Андерсона (Wes Anderson). Но в реальности все так и было.
Однако… если реальность на самом деле является симуляцией, могу поспорить, что она тоже работает на ARM.
Фальстарт от Apple
Тот факт, что именно компания Apple выпустила первый 64-битный ARM-процессор для смартфонов и планшетов, немного удивляет. Ключевое отличие чипа A7 – теоретическая поддержка 4 ГБ оперативной памяти, тогда как на практике у iPhone 5S, iPad Air и iPad mini with Retina display ее всего 1 ГБ. И вряд ли даже через год объем ОЗУ iOS-устройств увеличится больше чем вдвое.
Тем не менее, чип Apple A7 стал в разы мощнее предшественника (А6), а все благодаря двум процессорным ядрам ARMv8 Cyclone с частотой 1,3-1,4 ГГц и графическому ускорителю PowerVR G6430. Производит А7 по-прежнему компания Samsung, хотя до этого ходили слухи о возможном сотрудничестве Apple с тайваньским контрактным производителем полупроводников TSMC.
Архитектура Cyclone, как и прошлогодняя Swift (ARMv7) – собственная разработка Apple, которая является ответом уже не на референсную ARM Cortex-A15, а на Cortex-A57. Графическое же ядро PowerVR G6430 – первый представитель долгожданной серии Rogue компании Imagination Technologies.
WISE-710 — IoT-шлюз на базе i.MX6
WISE-710 — универсальное устройство, которое одновременно может быть шлюзом для промышленных интерфейсов, устройством сбора и обработки данных, хабом для IoT устройств и маршрутизатором. Построено на базе SoC i.MX6, процессора на архитектуре ARM Cortex-A7.
Реклама которая может быть полезна
За прошедшие полгода модельный ряд процессоров архитектуры ARM существенно изменился, причем обновление коснулось не только верхнего, но и нижнего ценового сегмента. Одни производители утратили свое влияние на рынке, другие же, наоборот, получили шанс прославиться. Еще больше перемен принесет 2014 год, который ознаменует начало эры 64-битных ARM-процессоров.
Современные поколения чипов
Все более-менее новые чипы архитектуры ARM принадлежат к семейству ARMv7, флагманские представители которого уже достигли отметки в восемь ядер и тактовой частоты свыше 2 ГГц. Разработанные непосредственно ARM Limited процессорные ядра принадлежат к линейке Cortex и большинство производителей однокристальных систем используют их без существенных изменений. Лишь компании Qualcomm и Apple создали собственные модификации на основе ARMv7 – первая назвала свои творения Scorpion и Krait, а вторая – Swift.
Чип Apple A6 (ядро Swift) – первая попытка Купертино собственноручно модифицировать архитектуру ARMv7
ARM Cortex-A8. Исторически первым процессорным ядром семейства ARMv7 было Cortex-A8, которое легло в основу таких известных SoC своего времени как Apple A4 (iPhone 4 и iPad) и Samsung Hummingbird (Samsung Galaxy S и Galaxy Tab). Оно демонстрирует примерно вдвое более высокую производительность по сравнению с предшествующим ARM11. К тому же, ядро Cortex-A8 получило сопроцессор NEON для обработки видео высокого разрешения и поддержку плагина Adobe Flash.
Правда, все это негативно сказалось на энергопотреблении Cortex-A8, которое значительно выше чем у ARM11. Несмотря на то, что чипы ARM Cortex-A8 до сих пор применяются в бюджетных планшетниках (однокристальная система Allwiner Boxchip A10), их дни пребывания на рынке, по всей видимости, сочтены.
Однокристальная система TI OMAP 3 – представитель некогда популярного, но сейчас уже угасающего поколения ARM Cortex-A8
ARM Cortex-A9. Вслед за Cortex-A8 компания ARM Limited представила новое поколение чипов – Cortex-A9, которое сейчас является самым распространенным и занимает среднюю ценовую нишу. Производительность ядер Cortex-A9 выросла примерно втрое по сравнению с Cortex-A8, да еще и появилась возможность объединять их по два или даже четыре на одном чипе.
Сопроцессор NEON стал уже необязательным: компания NVIDIA в своей однокристальной системе Tegra 2 его упразднила, решив освободить побольше места для графического ускорителя. Правда, ничего хорошего из этого не вышло, ведь большинство приложений-видеопроигрывателей все равно ориентировались на проверенный временем NEON. Почти все флагманские планшетные компьютеры образца 2011 года были построены на базе чипа NVIDIA Tegra 2
Именно во времена «царствования» Cortex-A9 появились первые реализации предложенной ARM Limited концепции big.LITTLE, согласно которой однокристальные системы должны иметь одновременно мощные и слабые, но энергоэффективные процессорные ядра. Первой реализацией концепции big.LITTLE стала система-на-чипе NVIDIA Tegra 3 с четырьмя ядрами Cortex-A9 (до 1,7 ГГц) и пятым энергоэффективным ядром-компаньоном (500 МГц) для выполнения простеньких фоновых задач.
ARM Cortex-A5 и Cortex-A7. При проектировании процессорных ядер Cortex-A5 и Cortex-A7 компания ARM Limited преследовала одно и ту же цель – добиться компромисса между минимальным энергопотреблением ARM11 и приемлемым быстродействием Cortex-A8. Не забыли и про возможность объединения ядер по два-четыре – многоядерные чипы Cortex-A5 и Cortex-A7 мало-помалу появляются в продаже (Qualcomm MSM8625 и MTK 6589). Схема строения однокристальной системы c четырьмя ядрами ARM Cortex-A5
ARM Cortex-A15. Процессорные ядра Cortex-A15 стали логическим продолжением Cortex-A9 – как результат, чипам архитектуры ARM впервые в истории удалось примерно сравниться по быстродействию с Intel Atom, а это уже большой успех. Не зря ведь компания Canonical в системных требования к версии ОС Ubuntu Touch с полноценной многозадачностью указала двухъядерный процессор ARM Cortex-A15 или аналогичный Intel Atom. Первой массовой однокристальной системой Cortex-A15 стала двухъядерная Exynos 5250, которая применяется в планшетнике Google Nexus 10 и лэптопе Samsung Chromebook
Очень скоро в продажу поступят многочисленные гаджеты на базе NVIDIA Tegra 4 с четырьмя ядрами ARM Cortex-A15 и пятым ядром-компаньоном Cortex-A7. Вслед за NVIDIA концепцию big.LITTLE подхватила компания Samsung: «сердцем» смартфона Galaxy S4 стал чип Exynos 5 Octa с четырьмя ядрами Cortex-A15 и таким же количеством энергоэффективных ядер Cortex-A7. Схема однокристальной системы big.LITTLE с процессорными ядрами ARM Cortex-A15 (big) и Cortex-A7 (LITTLE)
ARM Cortex-A53 и Cortex-A57: даешь 64 бита!
Младшая из референсных 64-битных архитектур ARM Limited – Cortex-A53 – по производительности сопоставима со старой доброй Cortex-A9. То есть основываться на ней будут преимущественно чипы начального уровня с количеством ядер до четырех. Обладает Cortex-A53 мультимедийным сопроцессором NEON, поддерживает аппаратную виртуализацию и обратно совместима с 32-битной архитектурой ARMv7.
Старшая ARM Cortex-A57 по производительности примерно на треть быстрее нынешнего лидера – Cortex-A15. Чипы этой архитектуры получат до шестнадцати ядер, но это будут, скорее всего, серверные решения. Кроме того, ARM Limited предлагает объединять Cortex-A57 и Cortex-A53 по схеме big.LITTLE, но только по два ядра каждого вида.
Полезное
RISCованный бизнес
Спойлер: это окажется очень плохим решением для Intel.
Затем компания Acorn приняла судьбоносное решение разработать собственный процессор. Вдохновленная бережливым производством Western Design Center (компания, которая разрабатывала новые версии 6502) и исследованиями в области RISC-процессоров (англ. Restricted (reduced) Instruction Set Computer, сокращ. RISC, компьютер с сокращённым набором команд), Acorn решила двигаться вперед. Ключевыми участниками проекта были инженеры Стив Фербер (Steve Furber) и Софи Уилсон (Sophie Wilson).
Процессоры RISC называются так, как они называются, по сравнению с процессорами CISC (англ. complex instruction set computing или complex instruction set computer, сокращ., компьютер с полным набором команд). Попытаюсь дать очень упрощенное объяснение того, что это на самом деле означает.
Процессоры могут выполнять некоторый набор команд. У процессоров CISC большое количество комплексных команд, позволяющих им выполнять сложные задачи в течение нескольких тактов процессора. Это означает, что сложность фактически заложена в аппаратной архитектуре самого чипа, что в свою очередь значит, что программный код может быть менее сложным. Таким образом, код для машин с процессором CISC содержит меньше команд, но количество циклов, необходимых процессору для их выполнения больше.
У RISC, как вы, наверное, уже догадались, наоборот — меньше команд, он проще сам по себе, и каждая инструкция может быть выполнена за один такт. В результате код оказывается больше и кажется менее эффективным, но сам чип становится проще и может выполнять простые инструкции быстрее.
Компания Acorn правильно подошла к разработке процессора RISC, поскольку чип 6502, с которым они были хорошо знакомы, часто называют своего рода прототипом дизайна RISC. Интернет полон всевозможных мнений по этому поводу, и я не собираюсь порождать болезненный и утомительный спор, но хотя бы в благодарность этой статье просто поверьте, что 6502 обладает по крайней мере некоторыми чертами, очень похожими на RISC.
Новый чип Acorn был настолько похож на RISC, что Софи Уилсон (Sophie Wilson), разрабатывая набор инструкций для нового процессора Acorn, кажется, явно вдохновлялась рядом концепций архитектуры 6502.
Используя BBC Micro Tube для экспериментов Acorn разработала новый RISC-процессор под названием Acorn RISC Machine, или ARM. Компания VLSI, поставщик микросхем для Acorn, начала производить процессоры ARM сначала для внутреннего R&D Acorn. Вскоре была готова и серийная версия ARM2.
В 1987 году был представлен первый серийный ПК на базе RISC — Acorn Archimedes, работающий на процессоре ARM2. ARM показал лучшую производительность, чем Intel 286, несмотря на то, что в нем на 245 000 меньше транзисторов, чем у большого чипа Intel.
Archimedes с его ОС Arthur в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) оказался гибкой, быстрой и мощной машиной. У него была хорошая графика для того времени, графический пользовательский интерфейс, а также несколько крутых и быстрых низкополигональных демонстраций и игр, которые демонстрировали производительность машины — спасибо ее «худому и голодному» процессору.
В то время эта первая машина на базе ARM претендовала на звание самого быстрого персонального компьютера той эпохи с рейтингом производительности в несколько раз выше, чем у Intel 80286.
Миниатюрный ARM-компьютер UNO-1251G
UNO-1251G — крохотных компьютер, умещающийся на DIN-рейку, на базе 32-битного процессора Cortex A8 под управлением Linux или Windows CE. Поддерживает модули расширения Wi-Fi/3G/4G. Имеет встроенную CAN-шину и два интерфейса RS-232. Два порта LAN позволяют подключать его к двум независимым Ethernet сетям или использовать как маршрутизатор.
Компьютеры для машинного обучения на базе Nvidia Jetson
MIC-720AI — построен на базе платформы Jetson TX2, работающей на собственных ядрах Nvidia ARM Cortex-A57 и NVIDIA Denver 2 с полностью пассивным охлаждением. Предназначен для установки в промышленные системы машинного зрения, на производстве и в подвижных объектах. Безвентиляторная конструкция обеспечивает полную бесшумность в работе и позволяет использовать компьютер в пыльных помещениях без необходимости обслуживания. Работает под управлением Linux
X86 медленно развивается
Последнее десятилетие существенных инноваций в архитектуре X86 не наблюдается. Да, производители наращивают тактовую частоту и пытаются снижать энергопотребление, но такие процессоры по-прежнему остаются прожорливыми духовками, требующими много энергии и серьезную систему охлаждения. Именно поэтому мы, скорее всего, никогда не увидим смартфонов на X86 процессорах. Производители X86 процессоров пытаются наращивать мощность с помощью масштабирование в ширину: больше ядер, кеша и частот.
Современные X86 процессоры имеют десятки ядер
Попытки Intel создать энергоэффективный X86-процессор Atom были достаточно успешны, но кроме маломощных десктопов, ноутбуков и встраиваемых систем, этот процессор мало для чего подходит.
Что готовит год грядущий?
В 2014 году на рынок процессоров ARM должен выйти новый, но хорошо известный игрок – компания AMD. Понизить энергопотребление х86-процессоров до достаточно низкого уровня AMD так и не удалось, поэтому она начала сотрудничать с ARM Limited.
В начале 2014 года мы увидим новые флагманские чипы Samsung Exynos и NVIDIA Tegra. Но главный вопрос года – сможет ли компания Intel со своими чипами Atom потеснить ARM на рынке смартфонов, как она это уже сделала с планшетными ПК. Если это случится, то ARM Limited и ее лицензиатам будет несладко. Придется им возвращаться к истокам – производству чипов ARM Cortex-M3 со сверхнизким энергопотреблением.
Архитектура Cortex-M3 до сих пор остается «темной лошадкой». Именно такие процессоры чаще всего используются в носимых компьютерах: умных часах и браслетах. К примеру, основой Pebble Smartwatch является 80 МГц чип STM32F2 от швейцарской компании STMicroelectronics.
Процессоры ARM Cortex-M3 пока простые и дешевые, но это лишь вопрос времени. С развитием индустрии носимых компьютеров они будут постепенно обрастать новыми возможностями.
Ссылки
- Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
- Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
Ascender • Borqs • eBay • Esmertec • Google • LivingImage • NMS • Nuance • PacketVideo • SkyPop • SONiVOX
AKM • ARM • Atheros • Audience • Broadcom • Intel • Marvell • Nvidia • Qualcomm • SiRF • Synaptics • Texas Instruments
Aplix • Noser Engineering • The Astonishing Tribe • Omron Software • Teleca • Wind River Systems
- Компании, имеющие листинг акций на Лондонской бирже
- Компании, имеющие листинг акций на Нью-Йоркской бирже
- Компании по алфавиту
- Компании, основанные в 1990 году
- Производители электроники Великобритании
Wikimedia Foundation . 2010 .
Broadcom и Marvell: эксклюзивы для Samsung
Компании Broadcom и Marvell, по сути, стали эксклюзивными поставщиками ARM-процессоров для смартфонов и планшетов Samsung начального уровня. Так, одноядерный чип Broadcom BCM21553 Thunderbird (одно ядро ARM11, графика Video Core IV) в прошлом году применялся в Android-смартфоне Samsung Galaxy Y и «бадафоне» Wave Y.
А уже в этом году основой смартфонов Samsung Galaxy Ace 3 и Mega 5.8 стала однокристальная система Broadcom BCM21654 (два ядра Cortex-A9, графика VideoCore IV). Есть в ассортименте Broadcom и четырехъядерный процессор Cortex-A7 – модель BCM23550. Первым смартфоном на его основе станет Xolo Q1000 Opus.
В свою очередь в планшетном ПК Samsung Galaxy Tab 3 7.0 применяется чип Marvell Armada PXA986. К слову, именно Marvell в 2006 году выкупила у Intel производство процессоров XScale. Чаще всего чипы этой компании встречаются в сетевых хранилищах (NAS). Модель же PXA986 содержит два ядра Cortex-A9 и графику Vivante GC1000+.
ARM это экономично и современно
Современные ARM-процессоры развиваются очень быстро. Каждый год выходят чипы существенно лучше своих предшественников. На данный момент средняя производительность ARM чипов все еще остается ниже X86, но в некоторых синтетических тестах они уже почти сравнялись.
Совершенно очевидно, что в будущем наши ноутбуки, и, возможно, десктопные компьютеры, будут работать на ARM-процессорах. Переходов ноутбуков Apple на собственные ARM-процессоры должно дать большой толчок всей индустрии в этом направлении.
Основные достоинства процессоров ARM:
- Цена — специфичные процессоры ARM могут стоить очень дешево, в сравнении с самыми дешевыми X86 разница может в несколько порядков.
- Энергопотребление — низкое энергопотребление позволяет производить устройства с автономным питанием а также более компактные устройства за счет более низкого энергопотреблениях и меньших системах охлаждения
- Размеры — процессоры ARM могут быть очень компактного размера, не требующие даже пассивного охлаждения, при этом достаточно мощные. Это позволяет производить устройства очень компактного размера, недостижимого с процессорами X86.
Примечания
Производители процессоров архитектуры ARM
Процессоры архитектуры ARM в основном используются в смартфонах, мобильных интернет-устройствах (MID), смартбуках, интернет-планшетах и других мобильных и энергоэффективных устройствах.
Процессоры архитектуры ARM, по лицензии полученной от компании, выпускают следующие компании: Apple, Atmel, Broadcom, Freescale, Marvell (англ.), Nvidia, Qualcomm, Samsung, Texas Instruments, VIA, Миландр, STMicroelectronics и другие.
- Apple: Apple A4, Apple A5 (iPad 2, iPhone 4S), Apple A5X (iPad 3-го поколения), Apple A6.
- Freescale: i.MX515 — архитектура на ядре ARM Cortex-A8.
- Marvell: Marvell PXA168 на ядре Marvell Sheeva — ARM-процессор на 1,2 ГГц.
- Nvidia: Tegra, Tegra 2, Tegra 3.
- Qualcomm: Snapdragon — ARM-процессор на 1 ГГц.
- Samsung: Samsung 2440A — 400 МГц, Samsung S5P6440 — на ядре ARM11, Hummingbird — процессор на 1 ГГц на ядре ARM Cortex-A8.
- Texas Instruments: TI OMAP3 3440/3450 — 800/1000 МГц.
- VIA: VT8500 — процессор ARM-926 на 266-400 МГц.
- Миландр: 1986ВЕ91-1986ВЕ93 80 МГц. : STM32F0 (Cortex-M0) 24 МГц; STM32F1 72 МГц, STM32F2 120 МГц (Cortex-M3); STM32F3 72МГц, STM32F4 168 МГц (Cortex-M4).
Смотреть что такое "ARM (компания)" в других словарях:
ARM — ARM: ARM (архитектура) (англ. Advanced RISC Machine) микропроцессорная архитектура с сокращённым набором команд (RISC), разрабатываемая ARM Limited. ARM (компания) (ARM Ltd.) британская корпорация, один из крупнейших… … Википедия
ARM (архитектура) — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. У этого термина существуют и другие значения, см. ARM … Википедия
Palm (компания) — Palm, Inc. Год основания … Википедия
Google (компания) — Эта статья о компании. О поисковой системе см. Google. У этого термина существуют и другие значения, см. Google (значения). Координаты: 37°25′20″ с. ш. 122°05′04″ з. д … Википедия
Kingfisher (компания) — Kingfisher plc Тип Открыт … Википедия
HiSilicon Technologies — Co. 海思半导体有限公司 Hǎisī bàndǎotǐ yǒuxiàn gōngsī Тип Частная компания Год основания 2004 … Википедия
Apple Ax — Компания Apple разработала серию систем на кристалле (SoC, СнК) Ax для собственных мобильных устройств iPod, iPad, iPhone и телевизионной приставки Apple TV. В этих системах используются микропроцессорные ядра с архитектурой ARM. Содержание 1… … Википедия
ARM9E — Компания ARM, разработавшая процессорное семейство ARM7 Thumb с базовым ядром, соответствующими макрокомпонентами и синтезируемым ядром, сделала очередной виток, расширив семейство ARM процессоров ядром ARM9E.Процессорное ядро ARM9E это… … Википедия
Linaro — Тип некоммерческая Основана Июнь 2010 Компании ARM, Freescale, IBM, Samsung, ST Ericsson, Texas Instruments Языки программирования C, C++ Семейство ОС Linux Статус … Википедия
Сегодня почти каждый из нас использует устройства на базе ARM-процессоров — это смартфоны, телевизоры и даже холодильники с кофеварками. Несколько дней назад в прессу просочились слухи, что компания Apple объявит о переходе с платформы X86 на ARM на своих ноутбуках.
Мы в Advantech уже много лет производим устройства на платформе ARM и на это множество причин. В этой статье мы разберем что такое ARM (от англ. Advanced RISC Machine), в чем ее отличие от других архитектур и почему все больше производителей выбирает эту архитектуру.
MediaTek: не качеством, так количеством
Всего за несколько лет компания MediaTek прошла путь от производителя ультрабюджетных процессоров для китайских клонов iPhone до одного из влиятельнейших игроков на рынке полупроводников. Именно она заняла освободившееся после ухода Texas Instruments место в TOP5 чипмейкеров, наряду с Samsung, Apple, Qualcomm и NVIDIA.
Так, именно MediaTek создала первый настоящий восьмиядерный ARM-процессор – MT6592. Напомним, что Samsung Exynos 5 Octa выполнен по схеме big.LITTLE, то есть одновременно могут работать только четыре его ядра. Другое дело, что и процессорные ядра (ARM Cortex-A7), и графика (Mali-450) у MT6592 сравнительно слабые, а на столько потоков вряд ли сможет распараллелиться хоть одно Android-приложение. Но с точки зрения маркетинга ход, безусловно, правильный. Первым «настоящим восьмиядерным» смартфоном должен стать THL T100.
На смену прошлогодним бюджетным одно- и двухъядерным чипам MediaTek на архитектуре Cortex-A9 пришли новые, более энергоэффективные процессоры MT6572 и MT6589 (два и четыре ядра соответственно). Энергоаппетит удалось понизить за счет перехода на архитектуру ARM Cortex-A7 и техпроцесс 28 нм. В чип MT6572 интегрировано графическое ядро Mali-400MP, а в MT6589 – PowerVR SGX544MP. К слову, есть у MediaTek и 8000-серия чипов ARM без встроенного модуля 3G, ориентированная на планшетные ПК.
Qualcomm: четыре флагмана за год
На протяжении 2013 года компания Qualcomm поочередно представила четыре высокопроизводительных процессора ARM, каждый из которых был в чем-то новаторским. Наверно, ни одному другому производителю ARM-чипов это было бы не под силу, но не зря ведь Qualcomm называют «Intel мобильного мира».
В начале года Qualcomm выпустила флагманский в то время процессор Snapdragon 600 (четыре ядра Krait 300, графика Adreno 320), который стал основой смартфонов HTC One, LG Optimus G Pro и Oppo Find 5. Уже к лету подоспел новый флагман Snapdragon 800 (четыре ядра Krait 400, графика Adreno 330) для смартфонов Sony Xperia Z1, LG G2 и Nexus 5, а также планшетов Asus PadFone Infinity new и Nokia Lumia 2520.
Осенью же была представлена очередная новинка Qualcomm – будущий флагман Snapdragon 805 с четырьмя ядрами Krait 450 и невиданной доселе графикой Adreno 420. А не успел улечься ажиотаж вокруг Snapdragon 805, как состоялся анонс среднеуровневого, но все равно революционного Snapdragon 410. Данный чип открывает линейку 64-битных решений Qualcomm и основывается на архитектуре ARM Cortex-A53. Пока остается лишь гадать, переведет ли Qualcomm собственную архитектуру Krait на 64-бита или же полностью доверится референсным решениям компании ARM Limited.
Allwinner, Fuzhou Rockchip и AMLogic: три сестрицы под окном
Рыночная политика компаний Allwinner, Fuzhou Rockchip и AMLogic очень похожа: они довольно-таки неспешно осваивают новые технологии, зато вешают на свои ARM-процессоры очень выгодные ценники. Именно поэтому чипы «трех сестриц» часто встречаются в планшетных ПК китайских производителей, а также украинских и российских брендов, что по сути одно и то же.
Так, компания Allwinner сейчас предлагает двухъядерный чип A20 (Cortex-A7, Mali-400MP) и четырехъядерный А31 (Cortex-A7, PowerVR SGX544MP), а также анонсировала восьмиядерный A80 Octa. К счастью, перегревающийся и тормозящий одноядерный Allwinner Boxchip A10 остался в прошлом.
В свою очередь, компания Fuzhou Rockchip, сыскавшая успех с процессором RK3188, запланировала на 2014 год переход на архитектуру ARM Cortex-A12 (энергоэффективный преемник Cortex-A9). Именно на ней и графике Mali-T624 будет строиться новенький чип RK3288.
У компании AMLogic планы и вовсе «наполеоновские»: выпустив четырехъядерный чип M802 (Cortex-A9, Mali-450), она работает над моделями M9 (64-битная архитектура ARMv8 и графика серии Mali-700).
Устройства Advantech на платформе ARM
Advantech давно производит продукты на базе платформы ARM для разных отраслей и задач. От промышленных контроллеров, до сетевого оборудования и компактных компьютеров. Мы уже рассказывали о некоторых наших продуктах на ARM в других статьях.
Бизнес-модель компании ARM Limited
Сейчас компания ARM Limited занимается лишь разработкой референсных процессорных архитектур и их лицензированием. Создание же конкретных моделей чипов и их последующее массовое производство – это уже дело лицензиатов ARM, которых насчитывается превеликое множество. Есть среди них как известные лишь в узких кругах компании вроде STMicroelectronics, HiSilicon и Atmel, так и IT-гиганты, имена которых у всех на слуху – Samsung, NVIDIA и Qualcomm. С полным списком компаний-лицензиатов можно ознакомиться на соответствующей странице официального сайта ARM Limited.
Только компаний, получивших лицензию на производство чипов семейства ARM Cortex-A, насчитается несколько десятков, а ведь в портфолио ARM Limited есть и другие разработки
Столь большое число лицензиатов вызвано в первую очередь обилием сфер применения ARM-процессоров, причем мобильные гаджеты – это лишь вершина айсберга. Недорогие и энергоэффективные чипы используется во встраиваемых системах, сетевом оборудовании и измерительных приборах. Платежные терминалы, внешние 3G-модемы и спортивные пульсометры – все эти устройства основаны на процессорной архитектуре ARM.
Российская компания «ПКК Миландр» со штаб-квартирой в Зеленограде, что интересно, тоже получила лицензию на производство чипов архитектуры ARM
По подсчетам аналитиков, сама ARM Limited зарабатывает на каждом произведенном чипе $0,067 в виде роялти. Но это сильно усредненная сумма, ведь по себестоимости новейшие многоядерные процессоры значительно превосходят одноядерные чипы устаревшей архитектуры.
Однокристальная система
С технической точки зрения называть чипы архитектуры ARM процессорами не совсем верно, ведь помимо одного или нескольких вычислительных ядер они включают целый ряд сопутствующих компонентов. Более уместными в данном случае являются термины однокристальная система и система-на-чипе (от англ. system on a chip).
Так, новейшие однокристальные системы для смартфонов и планшетных компьютеров включают контроллер оперативной памяти, графический ускоритель, видеодекодер, аудиоокодек и опционально модули беспроводной связи. Узкоспециализированные чипы могут включать дополнительные контроллеры для взаимодействия с периферийными устройствами, например датчиками.
Схема строения однокристальной системы с четырьмя ядрами ARM Cortex-A9
Отдельные компоненты однокристальной системы могут быть разработаны как непосредственно ARM Limited, так и сторонними компаниями. Ярким тому примером являются графические ускорители, разработкой которых помимо ARM Limited (графика Mali) занимаются Qualcomm (графика Adreno) и NVIDIA (графика GeForce ULP).
Не стоит забывать и про компанию Imagination Technologies, которая ничем другим, кроме проектирования графических ускорителей PowerVR, вообще не занимается. А ведь именно ей принадлежит чуть ли не половина глобального рынка мобильной графики: гаджеты Apple и Amazon, планшетники Samsung Galaxy Tab 2, а также недорогие смартфоны на базе процессоров MTK.
Читайте также: